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仿真模仿半导体器件的物理场
发布时间:2021-05-04 15:53浏览次数:

产物:半导体模块

概述

产物:半导体模块 利用半导体模块在道理级阐明半导体器件

半导体模块

晶体管运行:施加的栅极电压使器件导通,并抉择漏极饱和电流。

半导体和光电子器件的物理场仿真

半导体模块提供了专用的东西,在最基本的物理层面阐明半导体器件的运行状态。该模块基于漂移-扩散方程,包括等温或非等温通报模子,可用于仿真一系列实际器件,包罗双极晶体管、金属半导体场效应晶体管 (MESFET)、金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET)、绝缘栅双极晶体管 (IGBT)、肖特基二极管和 P-N 结等。

多物理场效应凡是会对半导体器件的机能发生重要影响。半导体模块利用户轻松建设涉及多个物理场效应的模子。譬喻,功率器件中的热效应可以通过添加一个传热物理场接口(位于 COMSOL Multiphysics® 软件平台)来模仿。还可以包括光跃迁来模仿诸如太阳能电池、发光二极管(LED) 以及光电二极管等一系列器件(有些大概需要颠簸光学模块)。

更多图片: 有限元法或有限体积法离散

利用半导体模块模仿空穴和电子通报时,可以选择利用有限元或有限体积要领。每种要领均具有各自的优缺点:

有限体积离散:

半导体器件模仿中的有限体积离散自己就可以担保电流守恒。因此,它可以最准确地计较电荷载流子的电流密度。半导体模块利用 Scharfetter Gummel 迎风道理来处理惩罚电荷载流子方程。它管帐算出在每个网格单位内恒定的解,从而只有在两个网格单位相邻的网格面上才气计较通量。可是,由于 COMSOL 模块套件中的模块基于有限元要领,这会使配置多物理场模子变得更具挑战性。

有限元离散:

有限元要领是一种能量守恒的要领。因此,该技能中并不隐含电流守恒。要得到准确的电流功效,需要减小求解器缺省容差或细化网格。为了提高数值不变性,在求解半导体器件中的物理场时,将利用 Galerkin 最小二乘不变性算法。利用有限元要领模仿半导体器件的一个利益是您可以在单个模子中更轻便地将模子耦合到其他物理场(譬喻传热或固体力学)。

您可以模仿任意范例的半导体

半导体模块用于模仿标准为 100 纳米或更大的可以通过偏微分方程利用传统的漂移-扩散模子举办模仿的半导体器件。该模块包括很多物理接口——用于界说模子输入,描写物理方程和界线条件。这些接口可用于模仿半导体器件中的电子和空穴通报、静电现象,并可将半导体仿真与 SPICE 电路仿真相耦合。

半导体接口可以求解电荷载流子的 Poisson 方程和持续性方程。它会直接求解电子和空穴的浓度。您可以选择有限体积法或有限元要领求解模子。半导体接口含有半导体和绝缘体的质料模子,以及欧姆打仗、肖特基打仗、栅极的界线条件和各类静电界线条件。

半导体接口中的一些成果可以描写迁移率属性,因为该属性会受质料载流子的散射限制。半导体模块包括了几个预界说的迁移率模子,用户也可以建设自界说的迁移率模子。这两种范例的模子可以利用任意方法组合。每个迁移率模子可界说一个输出电子和空穴迁移率。输出迁移率可以用作其他迁移率模子的输入,38坊信誉,同时可以利用一些方程来关联迁移率,譬喻 Matthiessen 法例。半导体接口还包括了向半导体域中添加俄歇、直接和 Shockley-Read Hall 复合的成果,可能您也可以指定本身的复合率。

界说掺杂漫衍对付半导体器件的模仿很是要害。半导体模块提供了掺杂模子成果来执行该操纵。可以指定常数或用户界说的掺杂漫衍,可能也可以利用近似高斯漫衍。另外,还可以直接将数据从外部源导入 COMSOL Multiphysics®,然后通过内置的插值函数举办处理惩罚。

半导体模块包括了增强的静电场模仿成果,这些成果可在半导体接口和独立的静电接口中利用。通过具有 SPICE 导入成果的电路模仿物理场接口,可实现系统级和殽杂器件的仿真。当与 颠簸光学模块 可能 RF 模块 配合利用时,半导体模块提供了特另外光电子模仿物理场接口。半导体模块还包罗了专用的质料库,个中预置了多种常用质料的相关属性,利便建模时挪用。模块自带的所有案例均带有说明文档,包括具体的理论配景常识和建设模子的慢慢操纵教程,案例模子均为MPH 名目,您可以通过这些模子进修半导体建模,也可以将其作为成立您本身模子的基本和起点。

半导体模块

产物特征

通过有限体积法(回收 Scharfetter-Gummel 要领)求解漂移扩散方程

用于描写散射进程的弛豫时间近似

费米-狄拉克统计和麦克斯韦-玻尔兹曼统计

密度-梯度公式,用于包括漂移-扩散框架内的量子限制效应

带隙变窄

用于在界线界说欧姆打仗、肖特基打仗和栅极的专用特征

预界说的迁移率模子,用于模仿声子、杂质和载流子-载流子散射,以及高场速度饱和及外貌散射,您也可以界说本身的迁移率模子

俄歇、直接和 Shockley-Read Hall 复合率特征,您也可以指定本身的特征

利用理会函数或插值函数指定匀称掺杂漫衍、高斯掺杂漫衍或您本身的掺杂漫衍

指定本体中或绝缘栅/外貌的离散和持续的阱能级

通过 SPICE 电路举办系统级和殽杂器件的仿真

包括持续准 Fermi 能级或热离子发射的异质结

碰撞电离

不完全电离

传热效应

直接和间接光跃迁

应用规模

双极晶体管

金属半导体场效应晶体管 (MESFET)

金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET)

绝缘栅双极晶体管 (IGBT)

肖特基二极管

P-N 结

离子敏感场效应晶体管 (ISFET)

太阳能电池

发光二极管 (LED)

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